DE1099949B

DE1099949B - Mechanical oscillator with contact-free control serving as a gear folder of a time-keeping device

Info

Publication number: DE1099949B
Application number: DEV9273A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Habil Oskar Vierling
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-07-30
Filing date: 1955-07-30
Publication date: 1961-02-16

Description

Als Gangordner eines zeithaltenden Geräts dienender mechanischer Schwinger mit kontaktfreier Steuerung Die Erfindung bezieht sich auf ein mechanisches Schwingungssystem mit kontaktfreier Steuerung, das als Gangordner eines zeithaltenden elektrischen Geräts dient. Derartige Schwinger können beispielsweise zum Antrieb einer elektrischen Uhr oder als Taktgeber für nachgeschaltete elektrische Anordnungen verwendet werden.Mechanical oscillator serving as a corridor folder of a time-keeping device with non-contact control The invention relates to a mechanical vibration system with contactless control, which acts as a gang folder of a time-keeping electric Device is used. Such vibrators can be used, for example, to drive an electric Clock or as a clock for downstream electrical arrangements.

Mechanische Schwingungssysteme, die als Gangordner elektrischer Uhren usw. Verwendung finden, sind an sich bekannt. Es gibt z. B. seit langem Pendeluhren mit einem Kontakt, der sich bei bestimmter Phasenlage des Schwingungssystems schließt und diesem über einen Magneten Energie aus einer Batterie zukommen läßt. Zwar laufen .derartige Uhren längere Zeit ohne Wartung, doch ist diese Zuverlässigkeit verhältnismäßig gering, weil sich der Kontakt, der periodisch geschlossen wird, nicht über lange Zeit genügend sauberhalten läßt. Es ist weiterhin ein Gangordner bekannt, der aus einem feststehenden Permanentmagneten und einer Drillschwingungen ausführenden Spule besteht. Diese Anordnung vermeidet den nachteilhaften mechanischen Kontakt; dem Schwinger wird mit Hilfe einer einen negativen Widerstand bildenden Röhrenanordnung von zwei wechselweise Strom durchlassenden Trioden während des überwiegenden Teils des mechanischen Schwingungsbogens kontaktfrei Energie zugeführt. Dadurch erfüllt das System allerdings nicht die Isochronismusbedingung des freien Schwingers, da hier keine scharfen Impulse nur in der Nähe der Nullage erzeugt werden. Ferner benötigt dieses System große Luftspalte, also erhebliche Streufelder, die die Ganggenauigkeit weiter beeinträchtigen. Schließlich ist der erforderliche Aufwand verhältnismäßig hoch.Mechanical vibration systems that act as gear folders for electrical clocks etc. are used, are known per se. There are e.g. B. pendulum clocks for a long time with a contact that closes at a certain phase position of the oscillation system and supplies it with energy from a battery via a magnet. While running Such clocks for a long time without maintenance, but this reliability is proportionate low, because the contact that is periodically closed does not last for a long time Allow enough time to keep it clean. There is also a gang steward known from a fixed permanent magnet and a coil that executes torsional vibrations consists. This arrangement avoids the disadvantageous mechanical contact; to the The oscillator is generated with the aid of a tube arrangement which forms a negative resistance of two alternately current-passing triodes during the major part of the mechanical oscillation arc is supplied without contact with energy. Thereby fulfilled the system, however, does not have the isochronism condition of the free oscillator, there here no sharp impulses are generated only in the vicinity of the zero position. Also needed this system has large air gaps, so considerable stray fields that affect the accuracy further affect. After all, the effort required is proportionate high.

Durch die Erfindung wird demgegenüber eine Anordnung, die nur aus wenigen Bauteilen besteht, vorgeschlagen. Sie zeichnet sich unter anderem dadurch aus, daß nur kurze Antriebsimpulse auftreten, die dem Isochronismus der Anordnung zugute kommen.By contrast, the invention provides an arrangement that only consists of a few components is proposed. Among other things, it is characterized by this from the fact that only short drive impulses occur, the isochronism of the arrangement benefit.

Zwar sind bereits mit nur einem Transistor in Verstärkerschaltung arbeitende Uhren -bekannt, bei denen durch einen schwingenden Magneten in einer Steuerspule kurze Impulse erzeugt werden, die über den Transistor-Verstärker einer zweiten als Triebspule wirkenden Spule zugeführt werden. Abgesehen von der Empfindlichkeit eines schwingenden Magneten gegen Fremdfelder verlangt dies System sehr genaue Justierungen beider Spulen und .des Magnetsystems, um genügend scharfe Impulse und einen richtigen Einsatzpunkt der Impulse zu erzielen.It is true that there are already only one transistor in the amplifier circuit working clocks-known, in which by a vibrating magnet in a Control coil short pulses are generated via the transistor amplifier one second acting as a drive coil coil are fed. Except for the sensitivity a vibrating magnet against external fields, this system requires very precise adjustments both coils and the magnet system to get sufficiently sharp impulses and a correct one To achieve the starting point of the impulses.

Bei einem Gangordner eines zeithaltenden elektrischen Geräts, vorzugsweise einer elektrischen Uhr, der einen mechanischen Schwinger mit kontaktfreier Steuerung verwendet, bei dem durch Relativbewegung zwischen einer Spule und einem ferromagnetischen Teil in ein und derselben Spule Steuer- und Triebimpulse erzeugbar sind, werden die genannten Nachteile vermieden, erfindungsgemäß durch die Verwendung einer bistabilen Anordnung, vorzugsweise einer bistabilen Halbleiteranordnung mit einem einzigen elektronischen Glied, vorzugsweise einem einzigen Halbleiter (Transistor), das durch eine relativ kleine Steuerspannung von einem Zustand großen Widerstandes in einen zweiten Zustand geringen Widerstandes umsteuerbar ist, derart abgewandelt, daß in an sich bekannter Weise die Spule und das ferromagnetische Glied im Verhältnis zum Schwingungsbogen des Schwingers so klein gehalten sind, @daß während eines kleinen Bruchteils der Schwingung, vorzugsweise kurzfristig bei jeder Halbschwingung, ein Triebimpuls im Zustand des geringen Widerstandes auftritt. Es ist freilich auch bereits eine Unruhuhr mit einem einzigen Transistor vorgeschlagen, bei der ebenfalls die gleiche Spule als Generatorspule, beeinflußt durch einen schwingenden Magneten (mit den obengenannten Nachteilen), und als Triebspule dient. Um dies zu erreichen, sieht jedoch dieser ältere Vorschlag entweder einen besonderen Übertrager vor, um den Kollektorstrom auf die gleiche Spule zurückzukoppeln, oder Anzapfung der Spule und Kombination mit Kondensatoren, um einen Sperrschwinger aufzubauen, also ebenfalls recht aufwendige und einen anderen Weg gehende Lösungen.In the case of an aisle folder of a time-keeping electrical device, preferably an electric clock that has a mechanical transducer with contactless control used in which by relative movement between a coil and a ferromagnetic Part of the control and drive pulses can be generated in one and the same coil avoided the disadvantages mentioned, according to the invention by using a bistable Arrangement, preferably a bistable semiconductor arrangement with a single electronic member, preferably a single semiconductor (transistor), which passes through a relatively small control voltage from a state of high resistance to one second state of low resistance can be reversed, modified in such a way that in in a manner known per se, the coil and the ferromagnetic member in relation to the The oscillation arcs of the oscillator are kept so small that @ that during a small Fraction of the oscillation, preferably for a short time at each half oscillation Driving impulse occurs in the state of low resistance. Of course it is too already proposed a balance clock with a single transistor, which also the same coil as the generator coil, influenced by a vibrating magnet (With the disadvantages mentioned above), and serves as a drive coil. To achieve this, however, this older proposal either provides a special transformer to feed the collector current back to the same coil, or tap the coil and combination with capacitors to build a blocking oscillator, so also quite elaborate and different solutions.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung dient als ferromagnetisches Glied ein mit dem Gangordner schwingendes Teil aus Material geringer Remanenz. Dadurch wird die Herstellung des Gangordners vereinfacht: Weitere zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sehen die Anwendung eines Spitzentransistors oder eines Vierzonenhalbleiters, vorzugsweise eines pnpn-Transistors, vor. Derartige Halbleiterelemente bieten den Vorteil einer einfachen Schaltung. Die Erfindung kann zweckmäßig derart modifiziert werden, daß der Einfluß von Fremdfeldern durch Anwendung zweier Spulen in solcher Lage, daß die Fremdfelder in ihnen in entgegengesetzter Richtung wirken, aufgehoben wird. Zur Arbeitspunkteinstellung und zum Ausgleich .der Exemplarstreuung der bistabilen Bauelemente können zweckmäßig phasendrehende Glieder, z. B. komplexe Widerstände, in den Zuleitungen der bistabilen Anordnung verwendet werden. Je nach dem vorgesehenen Anwendungszweck läßt sich der mechanische Schwinger als Pendel oder .als Drehpendel, insbesondere als Unruh, ausbilden. Für die Entnahme von Nutzenergie aus dem Schwinger bestehen verschiedene Möglichkeiten. Man kann etwa dem mechanischen Schwinger Bewegungsenergie entnehmen und insbesondere zum Antrieb einer Uhr verwenden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Anordnung elektrische Energie aus den auftretenden Steuer- und/ oder Triebimpulsen entnommen wird, die insbesondere als Taktimpulse einer nachgeschalteten elektrischen Anordnung dienen.In an expedient development of the invention, it is used as a ferromagnetic Link one with that Aisle folder swinging part made of material less Remanence. This simplifies the production of the aisle folder: Further useful ones Developments of the subject matter of the invention see the use of a tip transistor or a four-zone semiconductor, preferably a pnpn transistor. Such Semiconductor elements offer the advantage of a simple circuit. The invention can expediently modified in such a way that the influence of external fields through application two coils in such a position that the external fields in them are in opposite directions Direction act, is canceled. For setting the operating point and for compensation .The sample variation of the bistable components can expediently phase-shifting Limbs, e.g. B. complex resistors in the leads of the bistable arrangement be used. Depending on the intended use, the mechanical Train the oscillator as a pendulum or as a rotary pendulum, in particular as a balance wheel. For There are various options for extracting useful energy from the transducer. One can take kinetic energy from the mechanical oscillator, and in particular use to drive a clock. Another possibility is that the Arrangement of electrical energy from the control and / or drive pulses that occur is taken, in particular as clock pulses of a downstream electrical Serve arrangement.

An Hand von fünf Figuren werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.Some exemplary embodiments of the invention are illustrated using five figures explained in more detail.

In der Anordnung nach Fig. 1 wind .die Schwingungsfrequenz im wesentlichen durch die Unruh 1 mit der Feder 2 bestimmt. Mit der Unruh ist ein Stück ferromagnetischen Materials 3 verbunden (als besonders geeignet erwiesen sich hochlegierte Bleche oder Ferrite) bzw. enthalten, das durch die Spule 4 treten kann. Diese Spule ist mit Emitter und Basis des Spitzentransistors 5 verbunden. Kollektor und Basis liegen an den Polen der Batterie 6. Befindet sich der Spitzentransistor im niederohmigen Arbeitspunkt, so fließt ein großer Spulenstrom.: Bei passend eingestellter Ruhelage :der Unruh wird etwa das Stück 3 durch die Spule4 gezogen. Beim Austritt aus der Spule wird ein Stromstoß in dieser induziert, der den Transistor umsteuert. Inzwischen kehrt sich die Drehrich-tung der Unruh -um. Teil 3 passiert Anfang und Ende der'- Spule und steuert damit den Transistor in den niederohmigen und dann in den hochohmigen Arbeitspunkt. Im niederohmigen Arbeitspunkt des Transistors wird dem Schwinger Energie zugeführt.In the arrangement according to FIG. 1, the oscillation frequency is essentially determined by the balance wheel 1 with the spring 2. A piece of ferromagnetic material 3 is connected to the balance wheel (high-alloy metal sheets or ferrites have been found to be particularly suitable) or contained, which can pass through the coil 4. This coil is connected to the emitter and base of the tip transistor 5. The collector and base are at the poles of the battery 6. If the tip transistor is in the low-ohmic operating point, a large coil current flows: If the rest position is set appropriately: the balance wheel is pulled, for example, piece 3 through coil 4. When the coil emerges, a current surge is induced in it, which reverses the transistor. Meanwhile, the direction of rotation returns processing of the balance -um. Part 3 happens at the beginning and end of the coil and thus controls the transistor in the low-ohmic and then in the high-ohmic operating point. Energy is supplied to the oscillator in the low-resistance operating point of the transistor.

Die Anordnung nach Fig.1 besitzt den Nachteil der Abhängigkeit von der Lage der Anordnung relativ zu Fremdfeldern. Der Nachteil läßt sich dadurch beseitigen, daß man die Unruh .mit einer zweiten ferromagnetischen Einlage versieht und eine zweite Spule so anordnet, daß sich die Uirischältimpulse addieren, die Fremdfelder in den Spulen jedoch verschiedene Richtung besitzen und ohne Wirkung bleiben. In Fig.2 ist eine derartige Anordnung dargestellt; .die Bezugszahlen sind entsprechend Fig_ 1 gewählt.The arrangement according to Figure 1 has the disadvantage of being dependent on the position of the arrangement relative to external fields. The disadvantage can be eliminated by that one provides the balance with a second ferromagnetic insert and one second coil is arranged so that the Uirischältimpulse add up, the external fields however, have different directions in the coils and have no effect. In Fig. 2 shows such an arrangement; . the reference numbers are accordingly Fig_ 1 chosen.

Fig. 3 zeigt, ebenfalls finit denselben Bezugszeichen, eine Anordnung nach der Erfindung, in der ein Pendel 7 an die Stelle der Unruh tritt. Sinngemäß können selbstverständlich auch andere mechanische Schwinger angewandt werden.3 shows an arrangement, likewise finitely with the same reference numerals according to the invention, in which a pendulum 7 takes the place of the balance wheel. Analogous Of course, other mechanical oscillators can also be used.

In Fig. 4 ist eine erfindungsgemäße Anordnung zur Steuerung eines mechanischen Schwingers dargestellt, die sich durch die Anwendung eines pnpn-Transistors auszeichnet. Dieser Halbleitertyp hat gegenüber dem Spitzentransistor gewisse Vorteile. Seine Kennlinien sind bei einer Serienfertigung besser reproduzierhar. Außerdem kommt die Anordnung mit einer geringeren Betriebsspannung aus, die aus nur einer Batteriezelle entnommen werden kann, was etwa beim Bau von Kleinstuhren von entscheidender Bedeutung sein kann.In Fig. 4 is an inventive arrangement for controlling a mechanical oscillator represented by the application of a pnpn transistor excels. This type of semiconductor has certain advantages over the tip transistor. Its characteristics are better reproducible in series production. aside from that the arrangement comes with a lower operating voltage, which consists of just one Battery cell can be removed, which is crucial when building miniature watches, for example Meaning can be.

In Fig. 5 ist schließlich eine abgewandelte Form der Unruh dargestellt. Der Kranz dieser Unruh ist unterteilt, so daß keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden müssen, um zu erreichen, daß das ferromagnetische Materialstück das Spuleninnere durchstößt, was wünschenswert ist, um einen hohen Stromstoß zu erreichen.Finally, FIG. 5 shows a modified form of the balance wheel. The wreath of this balance wheel is divided so that no special precautions have to be taken must be in order to achieve that the ferromagnetic piece of material the coil interior punctures, which is desirable to achieve a high rush current.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. As a gang folder of a time-keeping electric Device, preferably an electric clock, with a mechanical transducer contact-free control, in which by relative movement between a coil and a ferromagnetic part in one and the same coil control and drive pulse can be generated, characterized by the use of a bistable arrangement, preferably a bistable semiconductor device, with a single electronic Member, preferably a single semiconductor (transistor), through a relative small control voltage from a state of high resistance to a second state low resistance can be reversed, modified in such a way that it is known per se Position the coil and the ferromagnetic member in relation to the oscillation arc of the transducer are kept so small that only for a small fraction of the oscillation, preferably for a short time with each half oscillation, a drive impulse occurs in the state of low resistance.

2. Arrangement according to claim 1, characterized characterized in that a ferromagnetic member oscillating with the gear folder Part made of material with low remanence is used.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized by the use of a tip transistor in a bistable circuit.

4. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized by the use of a four-zone semiconductor, preferably a pnpn transistor.

5. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the influence of external fields by using two Coils in such a position that the external fields in them in opposite directions act, is canceled.

6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that phase-rotating members, e.g. B. complex resistances in the supply lines the bistable arrangement for setting the operating point and for compensating for the specimen variance the bistable components are provided.

7. Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that a pendulum is used as a mechanical oscillator. B. Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the mechanical oscillator is designed as a rotary pendulum, in particular as a balance wheel. 9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the rim of the balance wheel is divided. 10. Arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that kinetic energy is taken from the mechanical oscillator and used in particular to drive a clock. 11. Arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that the arrangement electrical energy is taken from the occurring control and / or drive pulses, which serve in particular as clock pulses of a downstream electrical arrangement. References considered: French Patent Nos. 1090 564. 1092411, USA. Patent No. 2,574,136; Horological Journal, November 1954, p. 723 to 724; Horological Journal, July 1955, p. 438; Funk and Ton, 1953, pp. 485 to 495, 545 to 547; Proceedings of the IRE, 1952, pp. 1361-1364. Earlier patents considered: German Patent No. 1073 967.